主讲教师：周 顺 荣 上 海 交 通 大 学 机电能量转换《电机学》 复习（三）

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1 主讲教师：周 顺 荣 上 海 交 通 大 学 机电能量转换《电机学》 复习（三）

2 复习资料 普通高等教育“十一五”国家级规划教材 电 机 学 （第二版） 周顺荣 编著 科 学 出 版 社

3 复习内容 第一篇 变压器 第二篇 交流电机的绕组、磁势和电势 第三篇 异步电机 第四篇 同步电机 第五篇 直流电机

4 第四篇 同步电机 本篇内容： （一）基本电磁关系 ① 电枢反应和磁势折算； ② 电磁平衡方程式和相量图 （二）两种运行方式
第四篇 同步电机 本篇内容： （一）基本电磁关系 ① 电枢反应和磁势折算； ② 电磁平衡方程式和相量图 （二）两种运行方式 ① （电力网上）并联运行； ② 单机运行

5 一、电枢反应 1. 交轴电枢反应 — 磁场扭变 Ψ = 0 º ； Ψ = 180 º 2. 直轴电枢反应 — 去磁 Ψ = 90 º
Ψ = 0 º ； Ψ = 180 º 2. 直轴电枢反应 — 去磁 Ψ = 90 º — 助磁 Ψ = − 90 º

6 二、磁势折算 Fad′= kadFad Faq′= kaqFaq Fa′= kaFa 凸极 隐极

7 三、电磁平衡方程式 Fδd= Ff + kadFad 在 d 轴 Fδq= kaqFaq 凸极 Fδ = Ff + kaFa 在 q 轴
U = − Uc = E0 −I ra − j Id xd − j Iq xq = EQ − I ra − j I xq U = − Uc = E0 −I ra − j I xt 在 d 轴 凸极 在 q 轴 隐极 凸极 隐极

8 四、相量图 1. 隐极 2. 凸极

9 五、（电力网上）并联运行 （之一） 1.功角特性 （之一） E0 U Pem ≈ P2 = m sinθ xt
五、（电力网上）并联运行 （之一） 1.功角特性 （之一） E0 U Pem ≈ P2 = m sinθ Pem* ≈ P2* = sinθ xt 隐极 E0* U * xt *

10 五、（电力网上）并联运行 （之二） 1.功角特性 （之二） 凸极

11 五、（电力网上）并联运行 （之三） 1.功角特性 （之三） 注意（之一）
五、（电力网上）并联运行 （之三） 1.功角特性 （之三） 注意（之一） ①对于凸极,只要U≠0，即使失去励磁（即E0=0）在θ≠0时，Pem≠0 ，其 Pemmax= ( − ) Pem*max= ( − ) mU2 1 1 xq xd 2 U *2 1 1 xq* 2 xd*

12 五、（电力网上）并联运行 （之四） 1.功角特性 （之四） 注意（之三） ②上述功率关系中各量均未考虑饱和的影响.
五、（电力网上）并联运行 （之四） 1.功角特性 （之四） 注意（之三） ②上述功率关系中各量均未考虑饱和的影响. 因为它们是依据不饱和的矢量图 推导出来的

13 五、（电力网上）并联运行 （之五） 2.V形特性 （之一） 仅改变If，使无功功率Q改变，不影 响有功功率P。 增大或减小If，都使无功
五、（电力网上）并联运行 （之五） 2.V形特性 （之一） 仅改变If，使无功功率Q改变，不影 响有功功率P。 增大或减小If，都使无功 功率Q过剩或不足，电枢电流 均将增大。

14 五、（电力网上）并联运行 （之六） 2.V形特性 （之二） U、xt = 常数 P1 = 常数 则P2≈Pem =常数 Icosφ =常数
五、（电力网上）并联运行 （之六） 2.V形特性 （之二） U、xt = 常数 P1 = 常数 则P2≈Pem =常数 Icosφ =常数 E0sinθ =常数 当φ = 0 时，Q = 0 ，正常励磁； 当φ > 0 时，Q > 0 ，过励，输出感性无功； 当φ < 0 时，Q < 0 ，欠励，输出容性无功。

15 五、（电力网上）并联运行 （之七） 3.几个概念 （之一） π 2 π 2 （一）静态稳定运行区域 0 < θ < （发电机）
五、（电力网上）并联运行 （之七） 3.几个概念 （之一） （一）静态稳定运行区域 0 < θ < （发电机） − < θ < （电动机） π 2 π 2

16 五、（电力网上）并联运行 （之八） 3.几个概念 （之二） d Pem mE0U xt dθ 1 1 xq xd xd mE0U
五、（电力网上）并联运行 （之八） 3.几个概念 （之二） （二）比整步功率 Psyn = = cosθ = cosθ +mU2( − )cos2θ d Pem mE0U （隐极） xt dθ mE0U 1 1 xq xd xd （凸极）

17 五、（电力网上）并联运行 （之九） 3.几个概念 （之三） 1 kM = = sinθN Pem max Pem N （三）过载能力
五、（电力网上）并联运行 （之九） 3.几个概念 （之三） （三）过载能力 Pem max 1 kM = = Pem N sinθN （隐极） （隐、凸极）

18 六、单机运行 （之一） 空载特性 E0 = f（If） 短路特性 Ik = f（If） 负载特性 —零功率因数负载特性 U = f（If）
六、单机运行 （之一） 空载特性 E0 = f（If） 短路特性 Ik = f（If） 负载特性 —零功率因数负载特性 U = f（If） 电抗（或特性）三角形 B I xσ C A I f a （kadFa /Nf）

19 六、单机运行 （之二） 不饱和同步电抗的测定 同步电抗的测定 饱和同步电抗的测定 保梯电抗 xp

20 六、单机运行 （之三） 短路比 kC If 0 ( U = U ) Ik0 kC = = IN If k ( I = I ) 1 = kμ
六、单机运行 （之三） 短路比 kC If 0 ( U = U ) Ik0 N kC = = IN If k ( I = I ) k N 1 = kμ xd*(不饱和)

21 六、单机运行 （之四） 电压调整率 ΔU ΔU =E0* − 1

22 例1-1 要求发电机输出有功增加，输 出无功不变；

23 例1-1答 加大输入功率汽门，增加励磁。

24 例1-2 要求发电机输出有功减小，输 出无功不变；

25 例1-2答 减小输入功率，减小励磁。

26 例2 （复习资料习题15-2 ） 已知一台凸极同步发电机的Id=Iq= 10A，此时发电机的电枢电流为 。
（选填：①10 A；②20 A；③14.14 A）

27 例2答 ③14.14 A 45º Iq E0 Id √2 Id = √2 ×10 A = A I

28 第五篇 直流电机 本篇内容： 一、直流电机工作原理 二、电枢绕组 三、电枢的电势、磁势和转矩 四、直流发电机 五、直流电动机

29 一、直流电机工作原理 1. 工作原理 2. 基本结构 3. 额定值 发电机 PN = UN IN 电动机 PN = UN INηN

30 二、电枢绕组 支路对数：a 电枢电流：Ia 支路电流：Ia／2a。 主极极距 τ= πDa 2 p

31 三、电枢的电势、磁势和转矩 （之一） 1. 电势： E = Ceφ n 2. 磁势： （之一） 交轴电枢磁势 电刷在中轴时
三、电枢的电势、磁势和转矩 （之一） 1. 电势： E = Ceφ n 2. 磁势： （之一） 交轴电枢磁势 电刷在中轴时 直轴电枢磁势 电刷不在中轴时

32 三、电枢的电势、磁势和转矩 （之二） π－ 2β π 2. 磁势：（之二） （一）交轴电枢磁势 交轴电枢反应 Faq = Fa 电动机
三、电枢的电势、磁势和转矩 （之二） 2. 磁势：（之二） （一）交轴电枢磁势 交轴电枢反应 Faq = Fa π－ 2β π 电动机 发电机 前极尖 助 磁 去 磁 后极尖

33 三、电枢的电势、磁势和转矩 （之三） 2β π 2. 磁势：（之三） （二）直轴电枢磁势 直轴电枢反应 Fad = Fa 发电机 电动机
三、电枢的电势、磁势和转矩 （之三） 2. 磁势：（之三） （二）直轴电枢磁势 直轴电枢反应 Fad = Fa 2β π 发电机 电动机 顺转向移刷 去 磁 助 磁 逆转向移刷

34 三、电枢的电势、磁势和转矩 （之四） 3. 电磁转矩 Tem = CT Ia φ = = Pem Ω E Ia Ω

35 四、直流发电机 （之一） 1. 励磁方式 他励 并励 自励 串励 复励 积复励 差复励

36 四、直流发电机 （之二） 2. 并励电压建立条件 1. 并励发电机必须有剩磁存在。对于无剩磁的电机，可用外接
四、直流发电机 （之二） 2. 并励电压建立条件 1. 并励发电机必须有剩磁存在。对于无剩磁的电机，可用外接 直流电源向励磁绕组充磁建立以产生剩磁； 2. 由剩磁电压产生励磁电流所建立的磁场必须与剩磁磁场方向 一致。这可通过调整励磁绕组两联接端来满足； 3．励磁回路电阻Rf必须小于临界电阻Rfcr。

37 四、直流发电机 （之三） 3. 电势、功率、转矩的稳态平衡 E = U + Iara + 2ΔUb (并励 Ia = I + If)
四、直流发电机 （之三） 3. 电势、功率、转矩的稳态平衡 E = U + Iara + 2ΔUb (并励 Ia = I + If) P2 = P1 - Σp = Pem - pCu T1= Tem + T0

38 四、直流发电机 （之四） 4. 工作特性 空载特性 U0 = f（If） (注意：与磁化曲线 φ = f （F） 的关系）
四、直流发电机 （之四） 4. 工作特性 空载特性 U0 = f（If） (注意：与磁化曲线 φ = f （F） 的关系） 外特性 U = f（I ）

39 五、直流电动机 （之一） 1. 电压、功率、转矩的稳态平衡 U = E + Ia ra + 2ΔUb (并励 I = Ia + If)
五、直流电动机 （之一） 1. 电压、功率、转矩的稳态平衡 U = E + Ia ra + 2ΔUb (并励 I = Ia + If) P1 = U I = Pem + pCu = P2 + p0 + pCu T2 = Tem – T0

40 五、直流电动机 （之二） 2. 工作特性 （之一） 速率特性 n = f ( Ia ) 机械特性 n = f ( Tem )
五、直流电动机 （之二） 2. 工作特性 （之一） 速率特性 n = f ( Ia ) 机械特性 n = f ( Tem ) 转矩特性 Tem = f (Ia ) 效率特性 η = f ( Ia )

41 五、直流电动机 （之三） 2. 工作特性 （之二） 转速变化率 n0 - nN 并励 Δn = ×100% nN n1/4 - nN
五、直流电动机 （之三） 2. 工作特性 （之二） 转速变化率 n0 - nN 并励 Δn = ×100% nN n1/4 - nN 串励 Δn = ×100% nN

42 五、直流电动机 （之四） 3. 起动 （一）要求 （二）方法 ⑴ 直接起动 ⑵ 枢路串电阻起动 ⑶ 降压起动 U Ist = Ra

43 五、直流电动机 （之五） 3. 调速 （一）调速原理 （二）调速方法 变If调速 变U调速 变Rj调速

44 例1 （复习资料习题20-3 ） 要改变并励直流电动机的转向， 可以 。
例1 （复习资料习题20-3 ） 要改变并励直流电动机的转向， 可以 。 （选填：① 增大励磁；② 改变电源极性；③ 改接励磁绕组；④ 减小励磁）

45 例1答 ③ 改接励磁绕组 ① ④： 增、减励磁与转向无关； ②： 改变电源极性使磁场与电枢电流同 时反向，则电磁力方向不变

46 例2 （复习资料习题21-2 ） 一台串励直流电动机，若把电刷顺旋 转方向偏离几何中心线一个角度，设电机
的电枢电流保持不变，此时电动机的转速 将 。（选填：① 降低； ② 升高；③ 保持不变）

47 例1答 ① 降低 电动机顺转向移刷，有直轴助磁电枢 反应，

48 例3 （复习资料习模拟试卷（三）计算题1）

49 例3解 （之一）

50 例3解 （之二）

51 例3解 （之三）

52 END 谢 谢